回転剤および動的な相互相関分析による好熱性タンパク質における荷電残基の役割のモデリング

タンパク質の熱安定性の決定要因を識別することは、理論的および応用された視点の両方から非常に重要です。さまざまな証拠が、塩橋/荷電残基の動的なネットワークが酵素の熱安定性に基本的な役割を果たすことを示しているようです。この作業では、Gini係数、Kullback-leibler（KL）発散、動的な交差相関（DCC）係数など、動的分散の測定値を適用して、熱親和性細菌由来の熱肥大症および中溶液症のようなタンパク質の3組の挙動を比較しました。大腸菌。これらのタンパク質の分子動的（MD）シミュレーションは、303 Kおよび363 Kで実行されました。サイドチェーンロータマー分布の特性評価では、対応するGINI係数とKL-ダイバーゲンスの両方が温度と有意な相関を明らかにしました。同様に、DCC分析では、メソフィリ酸タンパク質と比較して、熱性タンパク質の高温での荷電残基の動きを分離する傾向が高いことが明らかになりました。これらの結果は、酵素の熱安定性に対する動的な静電ネットワーク相互作用の重要性を強調しています。

Discerning the determinants of protein thermostability is very important both from the theoretical and applied perspective. Different lines of evidence seem to indicate that a dynamical network of salt bridges/charged residues plays a fundamental role in the thermostability of enzymes. In this work, we applied measures of dynamic variance, like the Gini coefficients, Kullback-Leibler (KL) divergence and dynamic cross correlation (DCC) coefficients to compare the behavior of 3 pairs of homologous proteins from the thermophilic bacterium Thermus thermophilus and mesophilic Escherichia coli. Molecular dynamic (MD) simulations of these proteins were performed at 303 K and 363 K. In the characterization of their side chain rotamer distributions, the corresponding Gini coefficients and KL-divergence both revealed significant correlations with temperature. Similarly, a DCC analysis revealed a higher trend to de-correlate the movement of charged residues at higher temperatures in the thermophilic proteins, when compared with their mesophilic homologues. These results highlight the importance of dynamic electrostatic network interactions for the thermostability of enzymes.